1 курс (энергетики) / РЗ№3 / IEE_3-9
.pdf
Расчетное задание по химии № 3. Химическая Кинетика. Вариант 9
Исходные данные к задаче:
Реакция А → В + С + 2D
С0, A 1,5 моль/л
T1 43 C
T2 95 C
0 3, 75 10–3 моль л с
СB 0,9 моль/л Ea 94 кДж/моль
Ea 14 кДж/моль
Температуру и энергию активации необходимо выразить в системе СИ:
T1 43 C 43 273 316K
T2 95 C 95 273 368K
Ea 94 кДж/моль 94000 Дж/мольEa 14 кДж/моль 14000 Дж/моль
Задание 3.1.
Кинетическое уравнение: k CA
Порядок реакции равен 1 (n = 1)
Размерность константы скорости: с 1
Задание 3.2.
Рассчитаем константу скорости реакции
0 k C0, A
|
0 |
|
3, 75 10–3 моль |
|
|
3 |
|
1 |
k |
|
л с |
2,5 |
10 |
с |
|||
C0, A |
1,5 моль/л |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Для реакции 1 порядка период полупревращения рассчитывается по формуле:
0,5 |
|
|
ln 2 |
|
|
|
|
k |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|
ln 2 |
|
277,3 с |
|
|
|
|
||||
|
10 3 |
с 1 |
||||
|
2,5 |
|
||||
Задание 3.3.
Составим таблицу материального баланса для расчета концентрации вещества А в момент времени
Компонент |
A |
B |
Начальный состав С0, моль/л |
1,5 |
0 |
Изменение С, моль/л |
0,9 |
0,9 |
Состав в момент времени С, моль/л |
0,6 |
0,9 |
Изменение концентраций веществ:
СB СB С0,B 0,9 моль/л 0 моль/л 0,9 моль/лСA СB 0,9 моль/л
Концентрация вещества А в момент времени :
СA С0, A СA 1,5 моль/л 0,9 моль/л 0,6 моль/л
Для реакции 1 порядка решение кинетического уравнения выражается формулой: ln C ln C0 k
Отсюда, время достижения заданной концентрации вещества В:
|
1 |
ln |
C0, A |
|
|
1 |
ln |
1,5 моль/л |
366,5 с |
|
|
|
|
|
103 с1 |
|
|||||
|
k |
|
C |
A |
2,5 |
|
0,6 моль/л |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Скорость реакции в этот момент времени:
k CA 2,5 10 3 с 1 0,6 моль/л 1,5 10 3 моль л с
По сравнению с начальной скоростью, скорость реакции уменьшилась.
Чем меньше концентрация исходного вещества, тем меньше скорость реакции.
Задание 3.4.
Уравнение Аррениуса:
|
|
|
E |
|
k k0 |
exp |
|
a |
|
|
||||
|
|
|
RT |
|
Отсюда выразим предэкспоненциальный множитель и рассчитаем его значение, если известны энергия активации, температура T1 и константа скорости при этой температуре.
|
E |
|
|
94000 Дж/моль |
|
|
|||
2,5 10 3 с 1 exp |
|
8, 6 1012 с 1 |
|||||||
k0 k exp |
a |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||||
|
RT |
|
8,314 Дж |
|
316K |
|
|||
|
моль K |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Рассчитаем, как изменится скорость реакции при изменении энергии активации:
|
|
E |
|
|
14000 Дж/моль |
|
|
||
exp |
|
|
|||||||
|
exp |
a |
|
|
|
|
206 |
||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
RT |
|
|
8,314 Дж |
|
316K |
|
|
|
моль K |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Скорость реакции увеличится в 206 раз. Понижение энергии активации вызывает увеличение скорости реакции.
Задание 3.5.
Исходя из интегральной формулы уравнения Аррениуса, рассчитаем константу скорости реакции при температуре T2, а также во сколько раз изменится начальная скорость реакции.
|
2 |
|
k2 |
|
|
Ea |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
ln |
ln |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
k1 |
|
|
R T1 |
T2 |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
E |
T T |
|
|
94000 |
Дж/моль 368K 316K |
|
||||||||||
k |
k exp |
a |
2 |
|
1 |
|
|
2,5 10 3 с 1 exp |
|
|
|
|
0,392с 1 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
2 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дж |
|
|
|
|
|
|
|
RT1T2 |
|
|
|
|
8,314 |
316K 368K |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
моль K |
|
|
|
|
2 |
|
k |
2 |
|
0,392с1 |
157 |
||
|
k |
2,5 10 3 |
с 1 |
||||||
|
|
|
|||||||
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
Скорость реакции увеличится в 157 раз.
При увеличении температуры скорость реакции увеличивается.